Công nghệ nối mạng riêng ảo di động MVPN cho 3G.doc

MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC.....................................................................................................................i
DANH MỤC CÁC HÌNH............................................................................................iii
....................................................................................................................................iv
THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT................................................................................v
LỜI MỞ ĐẦU...............................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC CÔNG NGHỆ NỐI MẠNG VÔ TUYẾN...............3
1.1. CÁC CÔNG NGHỆ NỐI MẠNG SỐ LIỆU CHUYỂN MẠCH KÊNH VÀ
CHUYỂN MẠCH GÓI..............................................................................................3
1.2. SỐ LIỆU GÓI CDMA2000.................................................................................5
1.2.1. Kiến trúc hệ thống số liệu gói cdma2000......................................................5
1.2.2. Triển vọng MS.............................................................................................8
1.2.3. Các mức di động của cdma2000.................................................................10
1.2.4. AAA di động cdma2000.............................................................................11
1.3. NỐI MẠNG SỐ LIỆU GÓI: GPRS VÀ MIỀN UMTS PS................................14
1.3.1. Các phần tử GPRS......................................................................................14
1.3.2. Các phần tử UMTS.....................................................................................15
1.3.3. Kiến trúc hệ thống GPRS và miền UMTS PS.............................................16
1.3.4. Các khả năng dịch vụ của GPRS và miền UMTS PS..................................19
1.3.5. Đầu cuối GPRS và miền UMTS PS............................................................20
1.4. KẾT LUẬN......................................................................................................21
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN MVPN...........................................................................22
2.1. ĐỊNH NGHĨA VPN..........................................................................................22
2.2. CÁC KHÁI NIỆM CHUNG NHẦM LẪN VỀ CÁC MẠNG RIÊNG...............23
2.2.1. Các mạng riêng đảm bảo an ninh................................................................23
2.2.2. Các mạng riêng luôn luôn tin cậy................................................................24
2.3. CÁC KHỐI CƠ BẢN CỦA VPN......................................................................24
2.3.1. Điều khiển truy nhập..................................................................................25
2.3.2. Nhận thực...................................................................................................27
2.3.3. An ninh.......................................................................................................28

2.3.4. Truyền tunnel là nền tảng VPN...................................................................28
2.3.5. Các thỏa thuận mức dịch vụ SLA (Service Level Agreement)....................32
2.4. PHÂN LOẠI CÔNG NGHỆ VPN....................................................................33
2.4.1. Phân loại theo phương pháp truyền tunnel..................................................33
2.4.2. Phân loại theo kiến trúc: Site-to-Site VPN và truy nhập từ xa.....................38
2.5. CHUYỂN TỪ HỮU TUYẾN SANG VÔ TUYẾN VÀ DI ĐỘNG...................43
2.5.1. Tầm quan trọng của VPN trong môi trường số liệu gói vô tuyến ...............43
2.5.2. MVPN tự ý.................................................................................................44
2.5.3. MNPN bắt buộc..........................................................................................46
2.6. KẾT LUẬN......................................................................................................46
CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP MVPN CHO GPRS/UMTS VÀ CDMA2000.....................48
i
3.1. GIẢI PHÁP VPN CHO GPRS VÀ UMTS........................................................48
3.1.1. Các giải pháp công nghệ số liệu gói............................................................48
3.1.2. Kiểu IP PDP...............................................................................................51
3.1.3. Kiểu PPP PDP............................................................................................56
3.1.4. Các thỏa thuận mức dịch vụ, SLA..............................................................60
3.1.5. Tính cước...................................................................................................61
3.1.6. Chuyển mạng..............................................................................................62
3.2. GIẢI PHÁP MVPN CHO CDMA2000...........................................................65
3.2.1. Tổng quan mạng riêng cdma2000...............................................................65
3.2.2. IP đơn giản (Simple IP)..............................................................................66
3.2.3. VPN dựa trên MIP......................................................................................70
3.2.4. Cấp phát HA trong mạng............................................................................77
3.2.5. Quản lý địa chỉ IP đơn giản trong cdma2000..............................................81
3.2.6. Nhận thực, trao quyền và thanh toán cho dịch vụ MVPN ...........................83
KẾT LUẬN.................................................................................................................88
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................89
ii
DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang
Hình 1.1. Cơ chế truyền tunnel số liệu gói vô tuyến ......................................................4
Hình 1.2. Thí dụ kiến trúc số liệu gói cdma2000............................................................6
......................................................................................................................................7
Hình 1.3. Thí dụ các ngăn xếp giao thức của dịch vụ gói cdma2000..............................7
....................................................................................................................................10
Hình 1.4. Phân cấp di động cdma2000.........................................................................10
Hình 1.5. Mạng lõi cdma2000 điển hình cùng với các hệ thống AAA..........................12
Hình 1.6. Kiến trúc GPRS...........................................................................................14
Hình 1.7. Kiến trúc UMTS .........................................................................................15
Hình 1.8. Kiến trúc ngăn xếp giao thức mặt phẳng người sử dụng GPRS và UMTS ...17
....................................................................................................................................29
Hình 2.1. Truyền tunnel trong nối mạng riêng ảo.........................................................29
....................................................................................................................................30
Hình 2.2. Che đậy địa chỉ IP bằng tunnel.....................................................................30
Hình 2.3. VPN đa site dựa trên mạng của nhà cung cấp dịch vụ .................................31
....................................................................................................................................34
Hình 2.4. VPN tự ý trên mạng TTDĐ 2G....................................................................34
....................................................................................................................................37
Hình 2.5. VPN bắt buộc...............................................................................................37
....................................................................................................................................38
Hình 2.6. Một số tùy chọn VPN móc nối (trong môi trường GPRS)............................38
....................................................................................................................................41
Hình 2.7. Extranet VPN động......................................................................................41
....................................................................................................................................42
Hình 2.8. Truy nhập từ xa hữu tuyến sử dụng phương tiện hãng khác..........................42
Hình 2.9. VPN trong các môi trường vô tuyến.............................................................44
Hình 2.10. Cây phả hệ VPN.........................................................................................47
Hình 3.2. Kiến trúc IP với chế độ truy nhập dựa trên PCO ..........................................53
....................................................................................................................................55

Hình 3.3. DHCPv4 trong các hệ thống GPRS..............................................................55
Hình 3.4. PPP Relay sử dụng L2TP.............................................................................58
Hình 3.5. PPP kết cuối tại GGSN................................................................................59
Hình 3.6. Kiến trúc hệ thống trả trước theo CAMEL giai đoạn 3.................................62
Hình 3.7. Kiến trúc chuyển mạng GPRS......................................................................63
Hình 3.8. Chuyển mạng GPRS với GGSN trong mạng khách......................................65
iii
Hình 3.12. Mô hình kiến trúc của IP VPN đơn giản.....................................................68
Hình 3.13. Mô hình tham khảo giao thức IP VPN đơn giản.........................................69
Hình 3.14. Thiết lập kết nối IP VPN đơn giản.............................................................70
...................................................................................................................................71
Hình 3.15. Các phương pháp MIP VPN.......................................................................71
...................................................................................................................................72
Hình 3.16. Kiến trúc HA VPN công cộng....................................................................72
Hình 3.17. Ngăn xếp giao thức HA VPN công cộng....................................................73
Hình 3.18. Kiến trúc HA VPN riêng và ngăn xếp........................................................75
Hình 3.19. Thiết lập HA động.....................................................................................80
Hình 3.20. Kiến trúc AAA dựa trên cdma2000 RADIUS và mô hình tham khảo giao
thức.............................................................................................................................84

iv
THUT NG V T VIT TT
A
AA
Acccess Accept Chấp nhận truy nhập
AA
Agent advertisement Quảng cáo tác nhân
AAA
Authentication, Authorization and
Accounting

Nhận thực, trao quyền và thanh toán
AC
Access Control Điều khiển truy nhập
AH
Authentication Header Tiêu đề nhận thực
ANSI
American National Standard Institute Viện nghiên cứu tiêu chuẩn quốc gia Mỹ
AP
Access Point Điểm truy nhập
APN
Access Point Name Tên điểm truy nhập
ARQ
Automatic Repeat Request Yêu cầu phát lại tự động
AS
Agent sollicitation Nài xin tác nhân
ASN
Abract Syntaxe Notation Ký hiệu cú pháp trừu tợng
ASP
Application Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ ứng dụng
ATM
Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền di bộ
Auth
Authentication Nhận thực
AVP
Attribute-Value Pair Cặp giá trị thuộc ngữ
b
BGP Border Gateway Protocole Giao thức cổng biên
BSS Base Station System Hệ thống trạm gốc
BSSGP BSS GPRS Protocol Giao thức BSS GPRS
C

CA
Certificate Authority Thẩm quyền chứng nhận
CAMEL
Customized Application for Mobile
Network Enhanced Logic
ứng dụng khách hàng hóa cho logic đợc
mạng di động tăng cờng
CAP
CAMEL Application Part Phần ứng dụng CAMEL
CC
Customer Churn Xáo trộn khách hàng
CCoA
Collocated Care of Address Chăm sóc địa chỉ đợc đồng vị trí
CDMA
Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã
CDR
Charging Data Record Bản ghi số liệu tính cớc
CGF
Charging Gateway Function Chức năng cổng tính cớc
CHAP
Challenge Handshake Authentication
Protocol
Giao thức nhận thực bắt tay khẩu lệnh
v
CLP Cell Loss Priority Ưu tiên mất tế bào
CN Correspondent Node Nút đối tác
CoA Care of Address Phần chăm sóc địa chỉ
COPS Common Open Policy Service Dịch vụ chính sách mở chung
CoS Class of Service Loại dịch vụ
CP Captive Portal Cổng bắt giữ

CRL Certificate Revocation List Danh sách hủy bỏ chứng nhận
CS Circuit Switch(ed) Chuyển mạch kênh
CSCF Call Session Control Function Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi
CSD Circuit-Switched Data Số liệu chuyển mạch kênh
d
DHCP
Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức lập cấu hình máy trạm động
DIAMETER
Giao thức RADIUS cải tiến nhằm định
nghĩa quan hệ đồng cấp của các thực thể
đồng cấp
DiffSrv
Differentiated Services Các dịch vụ đợc phân loại
DLCI
Data Link Connection Identifier Nhận dạng kết nối liên kết số liệu
DNS
Domain Name System Hệ thống tên miền
DSCP
Differentiated Service Code Point Điểm m dịch vụ đã ợc phân loại
DSL
Digital Subscriber Line Đờng thuê bao số
DSLAM
DSL Access Multiplex Ghép kênh DSL
DTM
Dual Transfert Mode Hai chế độ truyền
e
EAP Extensible Authentication Protocol Giao thức nhận thực mở rộng đợc
EHF
Extension Header Flag
Cờ chỉ thị sự tồn tại của trờng tiêu đề mở

rộng tiếp theo
ESP Encapsulating Security Payload Tải tin đóng bao an ninh
f
FA
Foreign Agent Tác nhân ngoài
FEC
Forwarding Equivalence Class Loại tơng đơng định tuyến
FL
Flow Label Nh n theo luồng (dòng chẩy) ã
FQDN
Full Qualified Domain Name Tên miền đợc hoàn toàn phân loại
FR
Frame Relay Chuyển tiếp khung
g
vi
GERAN GSM EDGE RAN Mạng truy nhập vô tuyến GSM EDGE
GGSN Gateway GPRS Support Node Node hỗ trợ GPRS cổng
GMM GPRS Mobility Management Quản lý di động GPRS
GMSC Gateway MSC MSC cổng
GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung
GRE Generic Routing Encapsulation Đóng bao định tuyến chung
GSM
Global System For Mobile
Telecommunications
Hệ thống thông tin di động toàn cầu
GTP GPRS Tunneling Protocol Giao thức truyền tunnel GPRS
GTP-C GTP- Control Plane Giao thức GTP mặt phẳng điều khiển
GTP-U GTP-User Plane Giao thức GTP mặt phẳng ngời sử dụng
GW Gateway Cổng
h

HA
Home Agent Tác nhân nhà
HAAA
Home AAA AAA nhà (xem AAA)
HLR
Home Location Register Bộ ghi dịnh vụ thờng trú
HPMLN
Home PLMN Mạng PLMN nhà
HSS
Home Subscriber Server Server thuê bao nhà
i
IBGP Internet Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên internet
IE Information Element Phần tử thông tin
IKE Internet Key Exchange Trao đổi khoá Internet
IMA Inverse Multiplexing ATM ATM ghép kênh đảo
IMSI International Mobile Station Identifier Nhận dạng thuê bao duy nhất toàn cầu
IP Internet Protocol Giao thức Internet
IPCP IP Configuration Protocol Giao thức lập cấu hình IP
IPIP IP in IP Giao thức IP trong IP
IPSec IP Security An ninh IP
ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet
IT Information Technology Công nghệ thông tin
IWF Interworking Function Chức năng tơng tác
IXC Internet Exchange Tổng đài internet
l
L2F
Layer Two Forwarding Chuyển đi lớp 2
vii
L2TP L2 Tunneling Protocol Giao thức truyền tunnel lớp 2
LAC L2TP Access Concentrator Bộ tập trung truy nhập L2TP

LCP Link Control Protocol Giao thức điều khiển liên kết
LDAP
Lightweight Directory Access Protocol
Giao thức truy nhập danh mục trọng lợng
nhẹ
LLC Logical Link Control Điều khiển liên kết logic
LNS L2TP Network Server Máy chủ mạng L2TP
LSP Label Switched Path Tuyến chuyển mạch theo nh nã
m
MAC
Medium Access Control Điều khiển môi trờng
MD
Message Digest Tóm tắt bản tin
MIP
Mobile IP IP di động
MN
Mobile Node Nút di động
MPLS
Multi-Protocol Label Switching Chuyển mạch nh n đa giao thứcã
MSC Mobile Services Switched Center
Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di
động
MT
Mobile Termination Kết cuối di động
MVPN
Mobile Virtual Private Network Mạng riêng ảo di động
n
NAI Network Access Identifier Nhận dạng truy nhập mạng
NAS Network Access Server Máy chủ truy nhập mạng
NAT Network Address Translation Biên dịch địa chỉ mạng

NCP Network Control Protocol Giao thức điều khiển mạng
o
OA&M
Operation Administration and
Maintenance Center
Khai thác, quản trị và bảo dỡng
OSA
Open Services Architecture Kiến trúc các dịch vụ mở
p
PAD Packet Assembler and Deassembler Đóng và tháo bao gói
PAP Password Authentication Protocol Giao thức nhận thực mật khẩu
PC PDP context Ngữ cảnh PDP
PCF Packet Control Function Chức năng điều khiển gói
PCO Protocol Configuration Options Các tùy chọn cấu hình
PCU Packet Control Unit Đơn vị điều khiển số liệu
viii
PDCP Packet Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ số liệu gói
PDN Packet Data Network Mạng số liệu gói
PDP Packet Data Protocol Giao thức số liệu gói
PDSN Packet Data Serving Node Node phục vụ số liệu gói
PDU Protocol Data Unit Đơn vị số liệu giao thức
PE Provider Edge Biên nhà cung cấp
PIN Personal Identitification Number Số nhận dạng cá nhân
PKI Public Key Infrastructure Cơ sở hạ tầng khoá công cộng
PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng
PMM Packet Mobility Management Quản lý di động gói
POP Point of Presence Điểm đại diện
PPP Point-to-Point Protocol Giao thức điểm đến điểm
PS Packet Switch(ed) Chuyển mạch gói
q

QoS
Quality of Service Chất lợng dịch vụ
r
RADIUS
Remote Authentication Dial-in User
Service
Dịch vụ nhận thực ngời dùng quay số từ xa
RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến
RANAP Radio Access Application Part Phần ứng dụng truy nhập vô tuyến
RAS Remote Access Server Máy chủ truy nhập từ xa
RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến
RLP Radio Link Protocol Giao thức liên kết vô tuyến
RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến
RP RADIUS Proxy Đại diện RADIUS
R-P Radio-Packet Vô tuyến-gói
RRP Registration Response Trả lời đăng kí
RRQ Registration Request Yêu cầu đăng kí
s
SA
security association Liên kết an ninh
SAAL-NNI
Signaling ATM Adaptation Layer
Network-to-Network Interface
Giao diện mạng đến mạng lớp thích ứng
ATM của báo hiệu
SAD
Security Association Database Cơ sở dữ liệu liên kết an ninh
SCCP
Signaling Connection Control Part Phần điều khiển kết nối báo hiệu
ix

SCF Service Charging Function Chức năng tính cớc dịch vụ
SCTP Stream Control Transmission Protocol Giao thức truyền dẫn điều khiển luồng
SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụ
SI Simple IP IP đơn giản
SIM Subscriber Identity Module Modul nhận dạng thuê bao
SLA Service Level Agreement Thoả thuận mức dịch vụ
SM Session Management Quản lý phiên
SMS Short Message Service Dịch vụ bản tin ngắn hay nhắn tin
SNDCP
Subnetwork Dependent Convergence
Protocol
Giao thức hội tụ phụ thuộc mạng con
SP Security Police Chính sách an ninh
SPD Security Policy Database Cơ sở dữ liệu chính sách an ninh
t
TDMA
Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian
TE
Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối
TEID
Tunnel Endpoint Identifier Số nhận dạng đầu cuối tunnel
TID
Tunnel Identifier Số nhận dạng tunnel
TLS
Transport Layer Security An ninh lớp truyền tải
u
UMTS
Universal Mobile Telecommunications
System
Hệ thống thông tin di động toàn cầu

USIM UMTS Subscriber Identity Module Modul nhận dạng thuê bao UMTS
UTRAN
UMTS Terrestrial Radio Access
Network
Mạng truy nhập mặt đất của UMTS
v
VAAA
Visited AAA AAA khách (xem AAA)
VAS
Value Added Service Dịch vụ giá trị gia tăng
VLR
Visitor Location Register Bộ ghi định vị tạm trú
VoIP
Voice Over IP Thoại trên IP
VPI
Virtual Path Identifier Nhận dạng tuyến ảo
VPLMN
Visited PLMN PLMN khách
VPN
Virtual Private Network Mạng riêng ảo
VR
Virtual Router Router ảo
w
x
WAN Wide Area Network M¹ng diÖn réng
WAP Wireless Application Protocol Giao thøc øng dông v« tuyÕn
WLAN Wireless LAN M¹ng LAN v« tuyÕn
WWW World Wide Web Web toµn cÇu
xi
Đồ án tốt nghiệp đại học Lời mở

đầu
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát
triển nhanh nhất và phục vụ những yêu cầu trao đổi thông tin hữu hiệu nhất. Để đáp ứng
các nhu cầu về chất lượng và dịch vụ ngày càng nâng cao, mạng thông tin di động ngày
càng được cải tiến, cụ thể là xu hướng chuyển đổi từ hệ thống thông tin di động thế hệ
hai sang thế hệ ba.
Mặc dù thông tin di động thế hệ hai (2G) đã sử dụng công nghệ số nhưng vì là hệ thống
băng hẹp và xây dựng trên cơ chế chuyển mạch kênh nên không thể đáp ứng được các
kiểu dịch vụ mới như truyền số liệu tốc độ bit thấp và cao, truy nhập Internet tốc độ cao,
đa phương tiện, truyền video và các dịch vụ yêu cầu băng thông lớn khác, vậy nên sự ra
đời và phát triển mạnh mẽ của các hệ thống thông tin di động thế hệ ba (UMTS và
CDMA2000) là một điều tất yếu.
Song song với sự phát triển mạnh mẽ của các mạng thông tin di động là sự phát
triển liên tục của mạng Internet, mạng truyền số liệu lớn nhất và phổ biến nhất trên toàn
thế giới. Từ khi ra đời đến nay, mạng Internet đã tạo ra những thay đổi cơ bản phong
cách làm việc, khai thác thông tin và giải trí của con người.
Tính tại thời điểm gần đây số thuê bao sử dụng các dịch vụ vô tuyến trên toàn thế
giới là vào khoảng hơn một tỷ người. Bên cạnh đó số lượng các máy chủ Internet cũng
vào khoảng hơn 200 triệu host. Và theo những nghiên cứu gần đây, 80% người sử dụng
Internet thì cũng là các thuê bao sử dụng các dịch vụ di động, và 40% trong số họ là
những người sử dụng với các mục đích kinh doanh.
Như vậy không có gì ngạc nhiên khi ngày càng có nhiều người quan tâm hơn đến
dịch vụ truyền số liệu vô tuyến, gồm cả các ứng dụng thương mại và trao đổi thông
thường. Một trong những xu hướng phát triển hứa hẹn gần đây trong lĩnh vực thương
mại đó là việc sử dụng công nghệ nối mạng riêng ảo VPN trong các hệ thống truyền
thông số liệu để đảm bảo an ninh cho các kết nối tới các mạng riêng từ xa qua các hạ
tầng dùng chung không tin cậy, mà ở đây chính là mạng Internet.
Mạng riêng ảo VPN được định nghĩa không chặt chẽ là một mạng trong đó kết nối
khách hàng giữa các site được triển khai trên một hạ tầng cơ sở chia sẻ với cùng các

chính sách truy nhập và an ninh như một mạng riêng. Với việc phát hiện gần đây về các
hoạt động tiếp thị xung quanh thuật ngữ VPN, từ các công nghệ mới hỗ trợ VPN, các
sản phẩm và dịch vụ được cung cấp bởi VPN khiến cho chúng ta có suy nghĩ rằng VPN
là một công nghệ mới. Tuy nhiên VPN là khái niệm về công nghệ đã có hơn 10 năm và
được sử dụng rất phổ biến trong thị trường công nghiệp viễn thông.
Một trong những ứng dụng mới nhất của VPN là MVPN, nghĩa là đưa công nghệ
VPN vào môi trường vô tuyến. Các mạng riêng ảo di động (MVPNs) cho phép truyền
thông riêng tư đảm bảo truyền thông an ninh qua các mạng di động dùng chung được
cung cấp bởi các nhà khai thác vô tuyến và các nhà cung cấp dịch vụ Internet không
dây. Nói cách khác, MVPN là sự phỏng tạo của các mạng số liệu di động an ninh riêng
dựa trên các phương tiện vô tuyến và di động an ninh dùng chung.
Ý nghĩa của các mạng MVPN đối với các khách hàng như sau:
 Đảm bảo an ninh khi truy nhập mạng với các hiệu năng dự kiến được
Đoàn Hồng Huệ - Lớp D01VT 1
Đồ án tốt nghiệp đại học Lời mở
đầu
 Đảm bảo chỉ có những thành viên được phép mới được truy nhập tới các
mạng này.
Ở Việt Nam, hệ thống GSM đã được đưa vào từ năm 1993 và đang hoạt động rất
hiệu quả. Tuy nhiên theo xu thế chung, việc nâng cấp lên mạng 3G là tất yếu trong bối
cảnh cạnh tranh trên thị trường mạng thông tin di động. Internet cũng chỉ mới phổ biến
vài năm gần đây và hiện nay cơ sở hạ tầng còn rất hạn chế. Tuy nhiên việc mở rộng thị
trường viễn thông và tin học cộng với nhu cầu sử dụng ngày càng tăng chắc chắn sẽ
thúc đẩy Internet Việt Nam phát triển ngang tầm với các nước trong khu vực và trên thế
giới. Việc cung cấp tính năng di động có hiệu quả cho mạng Internet do đó chỉ còn là
vấn đề thời gian.
Chính vì vậy, trong đồ án tốt nghiệp của mình tôi đã lựa chọn đề tài “Công nghệ
nối mạng riêng ảo di động MVPN cho 3G” nhằm tìm hiểu các giải pháp kĩ thuật, công
nghệ MVPN cho các hệ thống thông tin di động GPRS/UMTS và cdma2000. Hy vọng
rằng trong thời gian tới khi mạng thông tin di động thế hệ ba đã được triển khai rộng rãi

ở nước ta thì đồ án sẽ là một tài liệu hữu ích cho tất cả những ai quan tâm tới vấn đề
này.
Về nội dung đồ án được chia ra làm ba chương:
 Chương I: Trình bày tổng quan về các công nghệ nối mạng vô tuyến, bao
gồm các công nghệ chuyển mạch kênh và các công nghệ chuyển mạch gói
trong các hệ thống 2G và 3G, chủ yếu đi sâu thêm về nối mạng số liệu gói
trong cdma2000 và GPRS/UMTS PS
 Chương II: Trình bày về tổng quan VPN và MVPN. Phân loại công nghệ
VPN và chuyển từ hữu tuyến sang vô tuyến.
 Chương III: Là phần chính trong đó nêu ra các giải pháp MVPN cho các hệ
thống GPRS/UMTS và cdma2000.
 Kết luận: Tóm tắt lại những kiến thức đã thu được và một số hướng phát
triển trong tương lai.
Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất đối với Tiến sĩ Nguyễn
Phạm Anh Dũng - Phó khoa Viễn Thông I, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông,
người thầy đã tận tình hướng dẫn em trong quá trình học tập, nghiên cứu để hoàn thành
đồ án tốt nghiệp này.
Em xin chân thành cảm ơn các anh chị trong Công ty Dịch Vụ Viễn Thông GPC đã
tạo điều kiện và giúp đỡ em trong quá trình thực tập, nghiên cứu và hoàn thành đồ án.
Em cũng xin chân thành cảm ơn sự ủng hộ và giúp đỡ về mọi mặt của các thầy các
cô khoa Viễn Thông I- Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã tạo mọi điều kiện
giúp đỡ em hoàn thành nhiệm vụ học tập của mình.
Cuối cùng con xin chân thành cảm ơn ba mẹ, cảm ơn các bạn trong lớp D2001VT
và những người thân trong gia đình đã giúp đỡ, động viên con trong suốt 5 năm học tập
vừa qua.
Đoàn Hồng Huệ - Lớp D01VT 2
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan các công nghệ nối mạng vô tuyến
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC CÔNG NGHỆ NỐI MẠNG VÔ
TUYẾN
1.1. CÁC CÔNG NGHỆ NỐI MẠNG SỐ LIỆU CHUYỂN MẠCH KÊNH

VÀ CHUYỂN MẠCH GÓI
Với nối mạng số liệu vô tuyến CS, các kênh dành riêng được ấn định cho các thuê
bao dù họ có sử dụng hay không. Về mặt lý thuyết, điều này cung cấp băng thông hiệu
dụng lớn hơn cho các người sử dụng bằng cách dành riêng toàn bộ kênh cho từng người
sử dụng. Dịch vụ số liệu được cung cấp thông qua mô hình quay số vô tuyến giống như
truy nhập từ xa bằng quay số ở hữu tuyến. Người sử dụng quay một số điện thoại liên
kết với một NAS (Network Access Server) dùng cho một dịch vụ số liệu vô tuyến đặc
thù. Khi kết nối vật lý (kênh) đã được thiết lập giữa MS và NAS, PPP được sử dụng để
cung cấp dịch vụ liên kết đầu cuối-đầu cuối. Có thể kết cuối dễ dàng phiên PPP của
người sử dụng bằng cách sử dụng các kỹ thuật quay số đơn giản dựa trên các ngân hàng
modem hay RAS (Remote Access Server) bao gồm chức năng IWF (InterWorking
Function) với cập nhật phần mềm để nó phù hợp với môi trường vô tuyến. Thông
thường IWF cần kết cuối các giao thức truy nhập vô tuyến (RLP) và tương tác với
PSTN khi cần thiết. Trong một số trường hợp, IWF cũng có thể chuyển PPP đến một
mạng riêng sử dụng L2TP.
Khác với CS, các công nghệ nối mạng số liệu PS vô tuyến dựa trên hỗ trợ mạng truy
nhập vô tuyến để ghép kênh thống kê các phiên người sử dụng trên giao diện vô tuyến.
Các tài nguyên mạng số liệu gói chỉ được dùng trong thời gian truyền số liệu và không
được dùng trong các thời gian rỗi, vì thế hệ thống hiệu quả hơn vì mọi nguồn lưu lượng
có thể sử dụng các tài nguyên khi các tài nguyên này không bị nguồn khác sử dụng.
Ghép kênh thống kê là một tính chất quan trọng của tất cả các hệ thống nối mạng số liệu
gói. Ghép kênh thống kê làm cho các hệ thống nối mạng số liệu gói trở nên hiệu quả
hơn các hệ thống dựa trên CS, vì các hệ thống CS cung cấp kênh riêng cho từng người
sử dụng nên chúng không thể sử dụng hoàn toàn khi các mẫu truyền dẫn số liệu có dạng
cụm. Tuy nhiên điều này cũng có nghĩa là các người sử dụng dùng chung các mạng
phương tiện phải tranh chấp cho băng thông khả dụng, nên đôi khi dẫn đến nghẽn, trễ và
hiệu suất thông lượng trên một người sử dụng thấp hơn.
Tranh chấp truy nhập cho các tài nguyên dùng chung là vấn đề điển hình không chỉ
đối với các môi trường gói thông tin di động (TTDĐ) mà cả với WLAN. Trong các hệ
thống TTDĐ hỗ trợ truy nhập chế độ gói, để sử dụng hiệu quả các tài nguyên, các kênh

mang truy nhập vô tuyến chỉ được cấp phát tạm thời cho một người sử dụng. Sau một
khoảng thời gian không tích cực, MS chuyển vào chế độ rỗi (chẳng hạn trong GPRS)
hay chế độ ngủ (trong cdma2000). Chế độ này cho phép MS luôn có thể được kết nối
bằng cách gửi báo hiệu và số liệu đến địa chỉ lớp mạng của nó bằng cách sử dụng các
Đoàn Hồng Huệ - Lớp D01VT 3
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan các công nghệ nối mạng vô tuyến
thủ tục cập nhật vị trí và tìm gọi, trong khi không tài nguyên dành riêng nào tích cực để
cho phép MS gửi và nhận số liệu. Khi cần nhận số liệu, MS được tìm gọi, nó "tỉnh giấc"
và phát đi yêu cầu thiết lập kênh mang vô tuyến để được phép thu số liệu. MS cũng phát
đi yêu cầu như vậy khi nó cần phát số liệu và khi không có kênh mang vô tuyến được
thiết lập.
Hỗ trợ nối mạng di động số liệu gói về mặt khái niệm giống nhau đối với các hệ
thống nối mạng số liệu vô tuyến khác. Nó dựa trên các cơ chế truyền tunnel khác nhau
như MIP (sử dụng trong cdma2000) và GTP (sử dụng trong GSM và UMTS), cả hai cơ
chế này sẽ được phân tích sau trong chương này. Mô hình truyền tunnel số liệu gói
chung này được cho ở hình 1.1. Các tunnel trên hình vẽ (được biểu thị bằng các đường
ngắt quãng đậm nét (cho các tunnel quá khứ) và các đường liên tục (cho các tunnel hiện
thời, tích cực) được thiết lập động giữa điểm nhập mạng vô tuyến hiện thời của MS và
một "điểm neo" tunnel hay mạng nhà, đóng vai trò như một cổng cho mạng số liệu di
động mà từ đó người sử dụng nhận được dịch vụ truy nhập. Vì MS thay đổi động vị trí
trong mạng (chẳng hạn di chuyển qua vùng địa lý nào đó từ một MSC này đến một
MSC khác hay đang ở biên MSC) các tunnel được thiết lập động giữa mạng nhà của MS
và mạng truy nhập vô tuyến khách.
Mạng
khách 1
Mạng
khách 2
Mạng
khách 3
Thiết bị di

động
BSC
BSC
BSC
Mạng truy nhập
Mạng lõi
Mạng
Internet/mạng
IP cá nhân
Tunnel được lập trước đây
Tunnel được lập hiện thời
Kết nối vật lý
Mạng nhà
(cổng)
Hình 1.1. Cơ chế truyền tunnel số liệu gói vô tuyến
Phần lớn các người sử dụng số liệu trước đây quen thuộc với truy nhập từ xa quay số
hữu tuyến đều không gặp khó khăn gì khi làm quen với các dịch vụ số liệu chuyển mạch
kênh vô tuyến. Điều này cho phép tốc độ tiếp nhận số liệu CS khá cao, mặc dù băng
thông nhỏ và các giới hạn khác của nó làm hạn chế mong muốn thường xuyên sử dụng
dịch vụ này và sử dụng nó trong thời gian dài. Tất cả các tính năng truy nhập quay số
hữu tuyến quen thuộc đều có trong nối mạng số liệu CS vô tuyến: Chuỗi mật khẩu đăng
nhập quen thuộc, khả năng truy nhập mạng hãng đơn giản bằng cách quay các số điện
thoại đặc thù, các thủ tục lập cấu hình tương tự trên các thiết bị client của người sử dụng
như máy tính xách tay.
Đoàn Hồng Huệ - Lớp D01VT 4
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan các công nghệ nối mạng vô tuyến
1.2. SỐ LIỆU GÓI CDMA2000
Trong phần này chúng ta sẽ trình bầy kiến trúc số liệu gói liên kết với giao diện vô
tuyến cdma2000. Kiến trúc này cho phép các nhà cung cấp dịch vụ vô tuyến di động
cung cấp các dịch vụ gói hai chiều sử dụng IP. Để cung cấp chức năng này, cdma2000

sử dụng hai phương pháp: Simple IP (IP đơn giản) và MIP (Mobile IP: IP di động).
Trong IP đơn giản, nhà cung cấp phải ấn định cho người sử dụng một địa chỉ IP
động. Địa chỉ này giữ nguyên không đổi khi người sử dụng duy trì kết nối với cùng một
mạng IP trong miền của nhà khai thác di động, nghĩa là cho đến khi người sử dụng này
không ra ngoài vùng phủ của một PDSN (Packet Data Serving Node: Nút phục vụ số
liệu gói). Tuy nhiên một địa chỉ IP mới phải nhận được khi người sử dụng nhập vào một
mạng IP khác, nghĩa là vào một vùng phủ của một PDSN khác. Dịch vụ IP đơn giản
không cho phép chứa bất kỳ sơ đồ truyền tunnel nào để cung cấp di động trên lớp mạng
như đã trình bầy trong phần đầu của chương này và chỉ hỗ trợ di động trong các biên
giới địa lý nhất định.
Lưu ý một trong các ưu điểm đáng kể của IP đơn giản và không giống như MIP, nó
không đòi hỏi phần mềm đặc biệt cài đặt trong trạm di động. Toàn bộ nhu cầu của MS
là các khả năng đầu cuối và ngăn xếp PPP giống như ngăn xếp được sử dụng để thiết
lập phiên quay số hữu tuyến, thường được kết hợp với các hệ điều hành hiện đại nhất
như PocketPC2002 và Windows XP.
Phương pháp truy nhập MIP phần lớn dựa trên [RFC2002], nay thay bằng
[RFC3220]. Trước hết trạm di động được nhập vào một PDSN phục vụ có hỗ trợ chức
năng FA và được ấn định địa chỉ IP bởi HA của nó. MIP cho phép MS duy trì địa chỉ IP
của mình trong thời gian phiên trong khi di chuyển trong mạng cdma2000 hay sang
mạng khác hỗ trợ MIP.
Đối với các MS tương thích với tiêu chuẩn TIA/EIA [IS-2000] được nối vào một
mạng cdma2000-1x, có thể thay đổi số liệu khả dụng giữa tốc độ số liệu cơ bản 9,6kbps
và các tốc độ cụm sau: 19,2kbps; 38,4kbps; 76,8kbps và 153,6kbps.
Các cụm tốc độ cao hơn này được ấn định bởi cơ sở hạ tầng dựa trên nhu cầu của
người sử dụng và tính khả dụng của tài nguyên (cả băng thông vô tuyến lẫn các phần tử
hạ tầng). Các cụm dành cho một MS thường là đoạn thời gian ngắn từ 1 đến 2 giây. Khi
này tài nguyên và tình trạng di động được đánh giá lại. Cấp phát cụm được thực hiện
độc lập với nhau trên đường lên và đường xuống.
1.2.1. Kiến trúc hệ thống số liệu gói cdma2000
Kiến trúc hệ thống số liệu gói cdma2000 được cho như hình 1.2.

Kiến trúc trên hình 1.2 bao gồm các phần tử sau:
+ MS có dạng máy cầm tay, PDA hay PCMCIA card trong máy tính sách tay/cầm
tay hỗ trợ Simple IP hay MIP client hay cả hai.
+ Cdma2000-1x RAN (Mạng truy nhập gói cdma2000-1x).
Đoàn Hồng Huệ - Lớp D01VT 5
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan các công nghệ nối mạng vô tuyến
Internet
AAA
server
AAA
server
MIP tunnel
Chuyển
mạch thoại
PCF
MSC
BSC
BTS
Máy di động số
liệu gói
L R-P
PDSN
(FA)
HA
Hình 1.2. Thí dụ kiến trúc số liệu gói cdma2000
+ PCF (Packet Control Function: Chức năng điều khiển gói).
+ PDSN hỗ trợ chức năng FA trong trường hợp MIP.
+ HA (cho phương pháp truy nhập MIP).
Khi MS kết nối đến cdma2000 BTS, trước hết nó thiết lập kết nối đến một PDSN.
Trong trường hợp MIP, sau đó MS được kết nối đến HA phục vụ của mình bằng một

tunnel giữa PDSN/FA và HA được thiết lập bằng cách sử dụng MIP. Địa chỉ IP của MS
được ấn định từ không gian địa chỉ của HA của nó hoặc được cung cấp tĩnh hoặc được
ấn định động tại đầu mỗi phiên. Tại MIP mức cao, nhận thực và trao quyền thường
được thực hiện tại cả PDSN và HA bằng cách yêu cầu hạ tầng AAA. Trong trường hợp
Simple IP, địa chỉ phải được ấn định cho MS bởi PDSN và không được cung cấp cố
định trong MS. Nhận thực cho phương pháp truy nhập này chỉ dựa trên PDSN.
Kết nối giữa MS và PDSN phục vụ của nó đòi hỏi thiết lập một lớp kết nối thứ hai
cho thông tin IP. Kết nối này được đảm bảo bởi giao thức PPP được định nghĩa bởi
[RFC1661] và hỗ trợ IPCP, LCP, PAP và CHAP. PPP được khởi đầu bởi MS trong quá
trình đàm phán kết nối và kết cuối bởi PDSN. Giữa mạng vô tuyến cdma2000 và PDSN,
lưu lượng PPP được đóng bao vào giao diện R-P (Radio-Packet). Thí dụ ngăn xếp giao
thức cdma2000 cho cả trường hợp Simple IP và MIP được cho ở hình 1.3.
PCF được cho trên hình vẽ là phần tử của mạng cdma2000 RAN chịu trách nhiệm
thiết lập giao diện R-P và xử lý. Nó thường được thực hiện như một phần tử của
cdma2000 MSC. (Ngoại trừ kiến trúc cdma2000-1xEVDO không dựa trên MSC). PCF
có thể được thực hiện ở đây như là một bộ phận của 1xEVDO RNC (RNC: Radio
Network Controller: Bộ điều khiển mạng hay BSC, tùy thuộc vào nhà cung cấp). Cũng
có thể có thực hiện PCF riêng. Sau khi kết nối lớp liên kết được thiết lập, PCF chỉ đơn
giản chuyển tiếp các khung PPP giữa thiết bị di động và PDSN. Một chức năng quan
trọng khác của PCF là hỗ trợ di động vi mô được thực hiện bằng cách cho phép MS thay
đổi PCF trong khi vẫn giữ MS gắn với cùng một PDSN và nhớ đệm số liệu của người
Đoàn Hồng Huệ - Lớp D01VT 6
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan các công nghệ nối mạng vô tuyến
sử dụng khi đoạn nối vô tuyến ngủ được kết nối lại. ý nghĩa của tính năng này sẽ được
giải thích sau trong chương này.
TCP/
UDP
IP
PPP
RLP

IS-2000
IS-2000
L1
AL AL
RLP
L1
L2
L1
AL
GRE
L1
L2
L1
IP
IP
PPP
GRE
IP
L1
IP
L2
L1
TCP/
UDP
IP
Ống gói
L
R-P
Internet
MN

BTS
BSC
PDSN
Máy trạm
PCF
TCP/
UDP
IP/
MIP
PPP
RLP
IS-2000
IS-2000
L1
AL AL
RLP
L1
L2
L1
AL
GRE
L1
L2
L1
IP
IP/
MIP
PPP
GRE
IP

L1
IP/
MIP
L2
L1
IP/
MIP
Ống gói
L
R-P
Internet
MN
BTS
BSC
PDSNPCF
L2
L1
L2
L2
L1
L1
IP
TCP/
UDP
Máy trạm
L2
L1
IP
HA
Intranet

AL: Adaptation Layer= lớp thích ứng được sử dụng để nhớ đệm thông tin khi một đường ngủ được kết nối lại
L1: Lớp vật lý
L2: Lớp liên kết
Simple IP
MIP
Hình 1.3. Thí dụ các ngăn xếp giao thức của dịch vụ gói cdma2000
Vai trò chính của PDSN trong kiến trúc cdma2000 là kết cuối các phiên PPP khởi
xướng từ MS và cung cấp chức năng FA (trong trường hợp dịch vụ MIP được yêu cầu)
hay truyền các gói IP đến chặng tiếp theo khi IP đơn giản được sử dụng. PDSN cũng có
nhiệm vụ nhận thực các người sử dụng và trao quyền cho họ đối với các dịch vụ được
yêu cầu. Cuối cùng PDSN chịu trách nhiệm thiết lập, duy trì và kết cuối kết nối liên kết
dựa trên PPP đến MS. Một cách tùy chọn, PDSN phải hỗ trợ tunnel ngược an ninh đến
HA.
Đối với dịch vụ Internet cơ sở sử dụng phương pháp truy nhập IP đơn giản, PDSN
ấn định một địa chỉ IP động cho MS, kết cuối liên kết PPP của người sử dụng và chuyển
các gói trực tiếp đến Internet thông qua router cổng mặc định trên mạng IP đường trục
của nhà cung cấp dịch vụ. Các bộ định thời PPP thông thường được sử dụng và các gói
từ MS có thể được kiểm tra để đảm bảo rằng MS đang sử dụng địa chỉ IP mà PDSN ấn
định cho nó (ngoài ra còn có các quy tắc lọc và các chính sách khác mà PDSN có thể áp
dụng trong chế độ IP đơn giản).
Đối với các phương pháp truy nhập MIP, PDSN thiết lập kết nối giao thức MIP đến
mạng nhà của MS (được thể hiện bởi HA chịu trách nhiệm để ấn định địa chỉ IP). PDSN
phải hỗ trợ một chức năng AAA client để hỗ trợ một phần nhận thực MS bởi AAA
server địa phương. Theo [IS835], PDSN cũng được yêu cầu hỗ trợ nén tiêu đề TCP/TP
Đoàn Hồng Huệ - Lớp D01VT 7
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan các công nghệ nối mạng vô tuyến
Van Jacobson và ba giải thuật nén PPP: Stac LZS [RFC1974], MPPC [RFC2118] và
Deflate[RFC2394], giải thuật sau cùng được sử dụng nhiều nhất bởi các MS dựa trên
Linux và UNIX.
Giao diện R-P kết nối PCF và PDSN (còn được định bởi TIA/EIA là A10/A11) là

một giao diện mở dựa trên giao thức truyền tunnel GRE và được sử dụng để kết nối
mạng vô tuyến và PDSN. Giao thức giao diện R-P thực chất giống như MIP trong đó
PCF hoạt động như FA và PDSN hoạt động như HA (giao diện R-P sử dụng các GRE
tunnel cho mặt phẳng lưu lượng và các bản tin RRQ/RRP: Registration
Request/Registration Response cho báo hiệu). Có một số lý do để đưa ra giao diện R-P
hay nói một cách khác "tách riêng" các chức năng PCF và PDSN. Bằng cách hỗ trợ giao
diện R-P, các thiết bị di động dựa trên IP có thể đi qua các biên giới MSC mà không ảnh
hưởng lên tính liên tục của các phiên người sử dụng. Nói một cách khác, nếu người sử
dụng chuyển dịch vào một vùng phủ MSC, phiên người sử dụng không bị cắt và người
này không buộc phải kết nối lại đến MSC mới và nhận một địa chỉ IP mới. Điều này
được thực hiện bằng các chuyển giao PCF (PCF transfers) trong khi vẫn giữ MS nối vào
(neo vào) cùng một PDSN. Tuy nhiên điều này đòi hỏi rằng tất cả các PCF phục vụ có
kết nối mạng đến cùng một tập PDSN. Một mục đích khác để tách PDSN ra khỏi PCF là
để cho phép nhà cung cấp dịch vụ chọn các PDSN từ các nhà cung cấp thứ ba khác với
các nhà cung cấp các cơ sở hạ tầng cho họ như các MSC và PCF. Vì thế R-P cho phép
các hãng vô tuyến đưa ra các giải pháp PDSN đa nhà cung cấp vào mạng của họ. Vì thế
không ngạc nhiên là cộng đồng nhà khai thác hầu như tán thành quá trình tiêu chuẩn hóa
R-P này.
1.2.2. Triển vọng MS
Các cdma2000 MS có thể nhận thực cùng với HLR của nhà cung cấp dịch vụ cho
truy nhập vô tuyến và nhận thực với PDSN và HA bằng cách sử dụng các phương pháp
truy nhập IP đơn giản hay MIP cho truy nhập mạng số liệu. Các MS phải hỗ trợ giao
thức nối mạng PPP tiêu chuẩn và có khả năng hỗ trợ nhận thực dựa trên CHAP trong
giai đoạn nhận thực PPP cho dịch vụ IP đơn giản. Đối với dịch vụ MIP, MS cũng phải
hỗ trợ MIP client như mô tả trong [IS-835]. Trong chế độ này MS trao đổi thông tin với
HA qua PDSN phục vụ trong mạng khách. Nếu MS hỗ trợ một hay nhiều tùy chọn thuật
toán giải nén như MPPC hay Stac LZS hay Deflate, thì việc nén PPP có thể đàm phán
trong giai đoạn kết nối với PDSN, do vậy sẽ tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên vô
tuyến và tăng cường hiệu quả sử dụng thông qua tốc độ số liệu cao hơn.
1.2.2.1. Trạng thái ngủ

"Trạng thái ngủ" của MS trên đường truyền vô tuyến (theo định nghĩa của TIA [IS-
707A1]) cho phép hoặc MS hoặc MSC tạm ngưng kết nối đường truyền vô tuyến tích
cực sau một khoảng thời gian không tích cực để giải phóng giao diện vô tuyến và các tài
nguyên BTS đang phục vụ. Nếu hoặc MS hoặc PCF liên kết có các gói cần phát trong
Đoàn Hồng Huệ - Lớp D01VT 8
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan các công nghệ nối mạng vô tuyến
khi ngủ, kết nối được tích cực trở lại và truyền dẫn lại tiếp tục. Các MS ngủ được định
nghĩa là các MS không có kết nối lớp liên kết tích cực đến PCF. Tất cả các MS (tích cực
hay ngủ) đều được đăng ký sử dụng phương pháp truy nhập MIP, có mặt trong danh
sách máy khách của PDSN và một ràng buộc với HA tương ứng. Cần chú ý rằng trạng
thái ngủ chỉ ảnh hưởng kết nối đường vô tuyến, trong khi đó thì các MS vẫn còn giữ kết
nối PPP với PDSN, và PDSN sẽ không quan tâm tới trạng thái của MN.
PDSN phục vụ các người sử dụng tại mạng khách hoạt động như một router mặc
định cho tất cả các người sử dụng di động được đăng ký (tích cực và ngủ) và duy trì các
tuyến máy trạm đến họ. Đối với chế độ MIP, PDSN/FA theo dõi thời gian còn lại của
khoảng thời gian đăng ký có hiệu lực (Registration Lifetime) cho từng MS trong bảng
định tuyến của nó và MS chịu trách nhiệm làm mới lại thời hạn của nó với HA. Nếu MS
không đăng ký lại trước khi hết hạn đăng ký, PDSN sẽ chấm dứt liên kết với PCF phục
vụ MS này và kết cuối phiên MS (và HA cũng làm tương tự nếu MS không đăng ký lại
qua một PDSN khác). Sau khi thời hạn đang ký của MS đã hết, PDSN/FA sẽ dừng định
tuyến các gói đến nó. Để nhận và gửi các gói, các MS ngủ phải chuyển sang trạng thái
tích cực. Giả sử bất kỳ một MS nào cũng có thể ở kiểu trạng thái ngủ hoặc tích cực,
PDSN nói chung không yêu cầu chỉ thị trạng thái của các liên kết PPP tới MS ngoại trừ
giá trị định thời trạng thái ngủ hiện thời đối với mỗi kết nối cụ thể. Lưu lượng có thể
hướng đến một liên kết ngủ tại bất kỳ thời điểm nào, buộc MS liên quan phải chuyển
sang trạng thái tích cực. Đối với các liên kết PPP tích cực mang lưu lượng, PDSN kết
cuối phiên PPP với MS và chuyển tiếp lưu lượng IP được đóng bao đến MS từ HA hay
từ MS đến HA qua truyền tunnel ngược. Tồn tại một tunnel riêng cho mỗi HA dùng cho
tất cả các người sử dụng đã đăng ký.
1.2.2.2. Các kiểu MS

Tồn tại hai kiểu cấu hình MS cơ bản: Mô hình chuyển tiếp và mô hình mạng. Trong
các MS mô hình chuyển tiếp (Relay Model), đầu cuối di động cdma2000 được kết nối
đến một đầu cuối số liệu cầm tay khác như máy tính xách tay, thiết bị tính toán cầm tay
hay đầu cuối số liệu đặt trong thiết bị nào đó khác. Máy thoại mô hình chuyển tiếp
không kết cuối bất kỳ lớp giao thức nào trừ lớp vật lý của cdma2000 (giao diện vô
tuyến) và các lớp RLP. Thiết bị đầu cuối số liệu đi kèm phải kết cuối tất cả các giao
thức lớp cao hơn (PPP, IP, TCP/UDP…).
MS mô hình mạng, ngoài giao diện vô tuyến, kết cuối tất cả các giao thức cần thiết
và không cần bất cứ thiết bị đầu cuối bổ sung nào. Bản thân máy thoại di động cung cấp
tất cả các khả năng hiển thị và đầu vào của người sử dụng cùng với các ứng dụng để sử
dụng mạng số liệu gói. Thí dụ về loại điện thoại này gồm cả "điện thoại thông minh" và
điện thoại "trình duyệt". Các thiết bị này thường có ứng dụng trình duyệt hay dịch vụ tin
học bên trong cùng với một màn hiện thị thông tin thu được từ Internet server. Các loại
đầu cuối này có thể cung cấp khả năng kết nối tới một máy tính xách tay kết cuối tới
Đoàn Hồng Huệ - Lớp D01VT 9
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan các công nghệ nối mạng vô tuyến
mạng số liệu thông qua một phiên PPP. Trong cấu hình này, chiếc điện thoại có thể hỗ
trợ các trình ứng dụng như trình duyệt nhỏ, đồng thời cũng cho sử dụng với mục đích
thông thường qua một điểm đầu cuối số liệu bên ngoài.
1.2.3. Các mức di động của cdma2000
Kiến trúc số liệu gói cdma2000 định nghĩa ba mức di động cho MS như mô tả ở hình
1.4. Mức thứ nhất được trình bầy tại lớp vật lý bởi chuyển giao mềm hay bán mềm giữa
các BTS, trong khi MS neo giữ đến cùng một PCF. Điều này được thực hiện bởi truy
nhập vô tuyến cdma2000 và không nhìn thấy đối với cả PCF và PDSN.
PDSN
(FA)
PDSN
(FA)
PDSN
(FA)

HA
PCF
PCF
PCF
Di động mức vật lý
Micro /Macro
Di động lớp đoạn
liên kết
Di động lớp mạng
IP
L
Giao diện R-P
Simple IP
Mobile IP
( )
Hình 1.4. Phân cấp di động cdma2000
Mức di dộng thứ hai được trình bầy bởi giao diện R-P trên lớp liên kết, mức này cho
phép chuyển giao trong suốt từ PCF đến PCF trong khi vẫn duy trì phiên tại cùng một
PDSN. Trong trường hợp này, hai tuỳ chọn được trình bầy trước đây sẽ xẩy ra: Ngủ và
tích cực. Trong trạng thái tích cực khi người sử dụng đi qua biên giới PCF, chuyển giao
xảy ra trong suốt đối với MS. MS tham gia vào chuyển giao bán mềm đến BSC mới
(hay MSC phụ thuộc vào nhà cung cấp), trong khi phiên số liệu vẫn neo đến PCF gốc
trong thời gian cuộc gọi và MS nằm trong trạng thái tích cực. Nói một cách khác khi
MS trong trạng thái tích cực, không xẩy ra thay đổi PCF phục vụ.
Khi MS trong trạng thái ngủ đi qua biên giới của một vùng phủ PCF, MS sẽ khởi
động tích cực lại tại một BSC (MSC) mới để thiết lập một kết nối PCF. Điều này dẫn
đến thay đổi PCF nhưng không nhất thiết PDSN. PCF mới sẽ tìm cách ấn định MS cho
Đoàn Hồng Huệ - Lớp D01VT 10
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan các công nghệ nối mạng vô tuyến
PDSN đang phục vụ, Nếu PCF mới có kết nối đến PDSN này, thì MS và PDSN hoàn

toàn không bị tác động.
Mức di dộng thứ ba (lớp mạng) là chuyển giao giữa các PDSN dựa trên sử dụng
MIP. Giả sử MS đã đăng ký với HA và PDSN (MS đã được nhận thực bởi hai phần tử
này) để thiết lập IP tunnel cho lưu lượng cần truyền. Mỗi khi MS chuyển đến vị trí được
phục vụ bởi một PCF kết nối đến PDSN mới, MS nhận được một chỉ thị rằng cần đăng
ký với PDSN này. Đăng ký này cập nhật các bảng ràng buộc tại HA, vì thế tất cả lưu
lượng tiếp theo cho MS này sẽ định tuyến đến PDSN mới. Trong trường hợp này liên
kết PPP của MS bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi này trong khi lớp IP không thay đổi. Và
tính di động giữ nguyên không nhìn thấy đối với đối tác của MS.
Lưu ý rẳng kiểu chuyển giao cuối cùng không thể xẩy ra ở chế độ IP đơn giản. IP
đơn giản chỉ đảm bảo di động một phần thông qua hai mức đối với MS. Một trong
nhiệm vụ của giao diện R-P là đựa dịch vụ IP gần hơn đến hoạt động của dịch vụ MIP
cùng với việc giải quyết các vấn đề khác. Chẳng hạn nó giải quyết các tình trạng khi MS
thay đổi điểm nhập mạng của mình quá thường xuyên dẫn đến việc thiết lập MIP tunnel
gây ra quá nhiều thông tin bổ sung liên quan đến việc tăng các bản tin báo hiệu. Một vấn
đề khác thường được nhắc đến là trễ thiết lập tunnel mới dẫn đến các trễ và các khoảng
trống trong đó không thể truyền số liệu. Trễ này luôn có trong đường vòng gây ra bởi
MIP, vì yêu cầu đăng ký được gửi đến HA và trả lời được gửi trở lại PDSN.
1.2.4. AAA di động cdma2000
Cdma2000 cũng như đa số các hệ thống thông tin di động khác, hỗ trợ khái niệm về
các mạng nhà và các mạng khách. Một thuê bao cdma2000 có một tài khoản (thanh
toán) được thiết lập với một nhà khai thác vô tuyến, hãng cung cấp dịch vụ tiếng và số
liệu cho người sử dụng. Cũng hãng vô tuyến này có thể cung cấp mạng nhà cho thuê
bao di động. Mạng nhà lưu giữ lý lịch thuê bao và thông tin nhận thực. Khi người sử
dụng này chuyển mạng vào vùng lãnh thổ của nhà khai thác khác (mạng khách), nhà
khai thác này phải nhận được thông tin nhận thực và lý lịch dịch vụ đối với người sử
dụng này từ mạng nhà của thuê bao này.
Lý lịch phục vụ chỉ ra các tài nguyên vô tuyến nào người sử dụng được quyền sử
dụng như: Băng thông cực đại hay mức ưu tiên truy nhập. Trong cdma2000 các lý lịch
người sử dụng được lưu tại HLR đặt tại mạng nhà, tạm thời được lấy ra và lưu tại VLR.

HLR và VLR đều là các cơ sở dữ liệu dựa trên các cơ sở tính toán có khả năng kháng
lỗi. Các thủ tục tương tự thực hiện nhận thực việc truy nhập của người sử dụng đến các
mạng số liệu. Kiến trúc số liệu gói cdma2000 được mô tả trên hình 1.5. Kiến trúc này
dựa trên khái niệm các mạng số liệu nhà và mạng khách, được thể hiện bởi HA và
PDSN và các server AAA mạng nhà và mạng ngoài như: RADIUS hay DIAMETER
được định nghĩa trong [RFC3141].
Đoàn Hồng Huệ - Lớp D01VT 11
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan các công nghệ nối mạng vô tuyến
Máy di động số
liệu cdma2000
BTS
MSC/BSC
PCF
VLR
PDSN
AAA khách
Mạng
SS7
HLR
AAA nhà
HA
Mạng
AAA
Internet
Máy trạm
Mạng nhà
Mạng khách
L
R-P
MIP

I
P

đ
ơ
n

g
i
ả
n
Hình 1.5. Mạng lõi cdma2000 điển hình cùng với các hệ thống AAA
MS yêu cầu dịch vụ số liệu trong các hệ thống cdma2000 sẽ bị nhận thực hai lần:
trên lớp vật lý và trên lớp liên kết. Nhận thực lớp vật lý (hay truy nhập mạng và thiết bị
đầu cuối người sử dụng) được thực hiện bởi hạ tầng HLR và VLR. Quá trình này dựa
trên IMSI được định nghĩa trong IS2000. Nhận thực trạm di động lớp liên kết cdma2000
hay truy nhập mạng số liệu gói, được thực hiện bởi các cơ sở hạ tầng của các server
AAA và các client, trong đó các client được đặt trong các PDSN và các HA. Quá trình
này dựa trên NAI (Network Access Identifier) được định nghĩa bởi IETF trong
[RFC2486]. Đây là số nhận dạng có dạng user@homedomain (người sử dụng@miền
nhà) cho phép mạng khách nhận dạng AAA server mạng nhà bằng cách chuyển nhãn
"home-domain" (miền nhà) thành địa chỉ AAA IP. Hô lệnh từ PDSN cũng cho phép bảo
vệ khỏi các tấn công dựa trên cơ chế phát lại.
Ngoài ra, NAI cho phép phân phát liên kết an ninh MIP đặc thù để hỗ trợ nhận thực
PDSN/HA trong thời gian đăng ký di động, ấn định HA và chuyển giao giữa các PDSN.
Lưu ý rằng AAA của mạng số liệu sẽ nhận thực người sử dụng, không như nhận thực
lớp vật lý chỉ nhận thực MS. Vì thế người sử dụng muốn truy nhập đến các mạng số liệu
công cộng hay riêng phải thực hiện đăng nhập và mật khẩu giống như những người sử
dụng truy nhập số liệu từ xa, ngoài ra việc nhận thực thiết bị di động xảy ra trong giai
đoạn đăng ký. Điều này dẫn đến tạm dừng khi khởi đầu điện thoại thường thấy ở hầu

hết các người sử dụng máy thoại di động.
Hệ thống số liệu cdma2000 đảm bảo hai cơ chế nhận thực khi sử dụng các phương
pháp truy nhập IP đơn giản và IP di động như định nghĩa trong [IS835] và [RFC3141].
Như đã nói, đối với chế độ truy nhập IP đơn giản, nhận thực dựa trên CHAP, đây là một
Đoàn Hồng Huệ - Lớp D01VT 12
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan các công nghệ nối mạng vô tuyến
bộ phận của đàm phán PPP. Trong CHAP, PDSN ra lệnh cho MS bằng một giá trị ngẫu
nhiên. MS phải trả lời lại bằng một chữ ký dựa trên tóm tắt lệnh MD-5, một tên người
sử dụng và một mật khẩu. PDSN chuyển cặp câu lệnh/trả lời đến AAA server nhà để
nhận thực người sử dụng.
Đối với IP di động, PDSN gửi đi một lệnh tương tự trong bản tin quảng cáo tác nhân
tới MS. Ngược lại, MS phải trả lời lệnh này bằng một chữ ký và NAI (được kiểm tra bởi
mạng nhà), nhưng lần này trả lời từ MS được gửi đi khi yêu cầu đăng ký IP di động chứ
không phải trong quá trình thiết lập phiên PPP. Cả hai cơ chế này đều dựa trên các
thông tin bí mật chung kết hợp với NAI được lưu tại mạng nhà và được hỗ trợ bởi cùng
một hạ tầng AAA server. Trong cả hai trường hợp, số liệu thanh toán được thu thập tại
PDSN và được chuyển đến AAA server. PDSN thu thập các con số thống kê mức độ sử
dụng số liệu của từng người sử dụng, kết hợp với các bản ghi thanh toán truy nhập vô
tuyến do PCF gửi đến và gửi chúng đến AAA server địa phương. Lưu ý rằng thông tin
thanh toán được thu thập bởi cả PCF và PDSN. Đối với các người sử dụng chuyển
mạng, AAA server có thể được lập cấu hình để gửi một bản sao của tất cả các bản tin
thanh toán RADIUS đến AAA server mạng nhà, đồng thời cũng lưu giữ một bản tại
AAA server khách.
Khi MS chuyển giao giữa hai PDSN, PDSN được giải phóng gửi đi bản tin
Accouting Stop (dừng thanh toán) đến AAA server, và PDSN mà MS kết nối đến sẽ gửi
đi bản tin Accouting Start (bắt đầu thanh toán) đến AAA server. Accounting Stop từ
PDSN giải phóng đôi khi có thể đến sau Accounting Start từ PDSN mới (PDSN có thể
không biết rằng MS đã rời đi, nhưng vẫn đợi thời hạn đăng ký hay tạm ngưng không
tích cực PPP để kết thúc phiên). Điều này có nghĩa là server tính cước phải tiếp nhận
nhiều chuỗi dừng/khởi từ các PDSN khác nhau và xử lý chúng như một phiên duy nhất,

theo [IS 835]. Khi một bộ định thời không tích cực PPP hay thời hạn MIP đã hết hay
MS kết thúc phiên, liên kết R-P được giải phóng và một Accounting Stop được gửi đến
AAA server.
Lưu ý rằng cũng có tập các tốc độ cụm được định nghĩa trong các tiêu chuẩn liên kết
vô tuyến dựa nhiều trên 14,4kbps thay vì 9,6kbps. Tuy nhiên các tốc độ này thường
không được áp dụng do tốc độ đỉnh tổng hợp 23,04kbps không có vùng phủ không gian
tốt cho hầu hết các môi trường vô tuyến dẫn đến họ tập tốc độ này không hấp dẫn trong
các mạng thương mại so với họ 9,6kbps.
Bên cạnh đó, hỗ trợ CHAP không cần cho MIP và chỉ là một lựa chọn cho các
phương pháp truy nhập IP đơn giản.
Cho đến nay ta đã xét chi tiết các dịch vụ số liệu gói trong cdma2000, trong phần sau
ta sẽ trình bầy chi tiết như vậy đối với các hệ thống UMTS và GPRS.
Đoàn Hồng Huệ - Lớp D01VT 13
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan các công nghệ nối mạng vô tuyến
1.3. NỐI MẠNG SỐ LIỆU GÓI: GPRS VÀ MIỀN UMTS PS
Trong phần này ta sẽ xét các hệ thống GPRS và miền UMTS PS và các dịch vụ cung
cấp cho MS. Ta sẽ xem xét các cách thức mà một MS có thể truy nhập vào các mạng
liệu gói, ví dụ như các giao thức được sử dụng và cách thức thực hiện nhận thực người
sử dụng. Ngoài ra ta cũng xem xét tình hình thị trường hiện nay liên quan đến một số
khả năng được coi rằng sẽ gia tăng giá trị cho các nhà cung cấp nhưng chưa được cung
cấp rộng rãi bởi các nhà sản xuất thiết bị mạng. Cuối cùng ta kết thúc phần này bằng
việc thảo luận các khả năng dịch vụ của hai hệ thống.
1.3.1. Các phần tử GPRS
Hệ thống GPRS là một mở rộng nối mạng số liệu gói của hệ thống GSM trước đây
được thiết kế cho các dịch vụ chuyển mạch kênh. GPRS cho phép hỗ trợ truyền dẫn số
liệu bằng gói trên giao diện vô tuyến và khả năng di động số liệu gói trong mạng lõi.
Triển khai GPRS chỉ đòi hỏi cập nhật phần mềm BSS để ghép các dịch vụ số liệu lên
các khe thời gian không bị chiếm bởi các dịch vụ CS, cơ chế điều khiển luồng và các cơ
chế phát lại cần thiết để truyền số liệu gói trên công nghệ truyền dẫn vô tuyến (GSM).
Nó cũng yêu cầu cập nhật phần mềm HLR và cài đặt một số node mới trong mạng lõi

như: SGSN và GGSN. DNS, hệ thống quản lý địa chỉ, hệ thống AAA, tính cước và
mạng thông minh là các phần tử bổ sung, là các bộ phận của các dịch vụ GPRS tiên tiến.
Kiến trúc GPRS và các đặc tả của nó được ETSI định nghĩa và bây giờ được duy trì bởi
3GPP. Kiến trúc GPRS được trình bầy trên hình 1.6.
BSC
BTS
Internet
2G
SGSN GGSN
GGSN
CGF
HLR
MSC/VLR
Gs
Gr
Gc
Gb
Gn
Gi
Ga
TE
TE
MT
Um
Gp
PLMN
khác
Số liệu và báo hiệu
Báo hiệu
R

Hình 1.6. Kiến trúc GPRS
SGSN trong GPRS (còn được gọi là 2G SGSN) cung cấp các dịch vụ nén lớp mạng,
chức năng phân đoạn và lắp ráp lại, lập khung và ghép kênh lớp liên kết, mật mã hóa
cũng như xử lý báo hiệu MS và quản lý di động (trong BSS, giữa các SGSN) và quản lý
các GTP tunnel được thiết lập đến các GGSN. SGSN cũng tương tác với HLR và mạng
Đoàn Hồng Huệ - Lớp D01VT 14